Лекція 2. Відхилення напруги і частоти

1. Відхилення напруги

1. Відхилення напруги

Відхилення напруги - відміну фактичної напруги в усталеному режимі роботи системи електропостачання від його номінального значення [7, 8].

Відхилення напруги в тій чи іншій точці мережі відбувається під впливом зміни навантаження відповідно до її графіку.

Відхилення напруги від номінальних значень відбуваються через добові, сезонні і технологічні зміни електричного навантаження споживачів; зміни потужності компенсуючих пристроїв; регулювання напруги генераторами електростанцій і на підстанціях енергосистем; зміни схеми і параметрів електричних мереж.

Відхилення напруги визначається різницею між чинним U і номінальним значеннями напруги UНОМ, В [4,8]:

або, %

Усталене відхилення напруги dU_у рівне, %:

де  Uy - усталене (діюче) значення напруги за інтервал усереднення.

В електричних мережах однофазного струму діюче значення напруги визначається як значення напруги основної частоти U (1) без урахування вищих гармонійних складових напруги, а в електричних мережах трифазного струму - як діюче значення напруги прямої послідовності основної частоти U1 (1).

Стандартом нормуються відхилення напруги на виводах приймачів електричної енергії. Нормально допустимі і гранично допустимі значення усталеного відхилення напруги дорівнюють відповідно ± 5 і ± 10% від номінального значення напруги і в точках загального приєднання споживачів електричної енергії повинні бути встановлені в договорах енергопостачання для годин мінімуму і максимуму навантажень в енергосистемі з урахуванням необхідності виконання норм стандарту на висновках приймачів електричної енергії відповідно до нормативних документів.

2. Вплив відхилення напруги на роботу електрообладнання

Освітлення.

Знижується термін служби ламп освітлення. При підвищенні напруги на 10% термін служби ламп розжарювання знижується в 4 рази. При зниженні напруги на 10% знижується світловий потік ламп розжарювання на 40% і люмінесцентних ламп на 15%. При величині зниження напруги більш ніж на 10% люмінесцентні лампи мерехтять, а при зниженні більш ніж на 20% просто не загоряються.

Електропривод.

При зниженні напруги на затискачах асинхронного електродвигуна на 15% момент знижується на 25%. Двигун може не запуститися або зупинитися. При зниженні напруги збільшується споживаний від мережі струм, що тягне розігрів обмоток і зниження терміну служби двигуна. При тривалій роботі на зниженому на 10% напрузі термін служби електродвигуна знижується вдвічі. При підвищенні напруги на 1% збільшується споживана двигуном реактивна потужність на 3 ... 7%. Знижується ефективність роботи приводу і мережі.

Електронна апаратура і комп'ютери.

При зниженні напруги можуть виникати збої в роботі, що призводять до втрати даних. Нерідкі відмови блоків живлення внаслідок підвищеного струму споживання при зниженій напрузі і їх перегріву при підвищеному. У сучасній електронній техніці часто встановлюють спеціальні блоки, що відключають пристрій при відхиленні напруги для запобігання його виходу з ладу. Тому багато пристроїв втрачають працездатність при відхиленні напруги від норми.

Технологічні установки.

При зниженні напруги суттєво погіршується технологічний процес, збільшується його тривалість. Отже, збільшується собівартість виробництва. При підвищенні напруги знижується термін служби обладнання, підвищується ймовірність аварій. При значних відхиленнях напруги відбувається зрив технологічного процесу.

3. Способи зниження відхилення напруги

3. Способи зниження відхилення напруги

Знизити відхилення напруги можна двома способами: зниженням втрат напруги і регулюванням напруги.

Зниження втрат напруги досягається:

- вибором перетину провідників ліній електропередач за умовами втрат напруги;

- застосуванням поздовжньої ємнісний компенсації реактивного опору лінії. Однак це небезпечно підвищенням струмів короткого замикання при X → 0;

- компенсацією реактивної потужності для зниження її передачі енергії по високовольтних електромережах, за допомогою конденсаторних установок і синхронних електродвигунів, що працюють в режимі перезбудження.

Крім зниження втрат напруги, компенсація реактивної потужності є ефективним заходом енергозбереження, що забезпечує зниження втрат електроенергії в електричних мережах.

Регулювання напруги U:

- в центрі живлення регулювання напруги здійснюється за допомогою трансформаторів, оснащених пристроєм автоматичного регулювання коефіцієнта трансформації в залежності від величини навантаження - регулювання під навантаженням (РПН). Такими пристроями оснащені ~ 10% трансформаторів. Діапазон регулювання ± 16% з дискретністю 1,78%;

- напруга може регулюватися на проміжних трансформаторних підстанціях за допомогою трансформаторів, оснащених пристроєм перемикання отпаек на обмотках з різними коефіцієнтами трансформації - перемикання без збудження (ПБЗ), тобто з відключенням від мережі. Діапазон регулювання ± 5% з дискретністю 2,5%.

Відповідальність за підтримання напруги в межах, встановлених ГОСТ 13109-97, покладається на енергопостачальну організацію.

ГОСТ 13109-97 встановлює допустимі значення усталеного відхилення напруги на затискачах електроприймачів. А межі зміни напруги в точці приєднання споживача повинні розраховуватися з урахуванням падіння напруги від цієї точки до електроприймача і вказуватися в договорі енергопостачання.

4. Відхилення частоти

4. Відхилення частоти

Відхилення частоти - різниця між дійсним і номінальним значеннями частоти, Гц [4, 8]:

або, %

Стандартом встановлюються нормально і гранично допустимі значення відхилення частоти, рівні ± 0,2 Гц і ± 0,4 Гц відповідно.

Зниження частоти відбувається при дефіциті потужності працюючих в системі електростанцій.

Для усунення цих явищ необхідно ремонтувати або модернізувати існуючі та будувати нові електростанції. А поки їх немає, активно застосовується радикальна міра - автоматичне частотне розвантаження (АЧР), тобто відключення частини споживачів при зниженні частоти. Це ще називають віяловими відключеннями.

Для споживача важливо знати, в яку чергу відключать його обладнання від мережі, при такому розвитку подій (вказується при укладенні договору електропостачання) аргументовано вимагати зміни черговості або мати власні резервні генеруючі потужності.

Підвищення частоти відбувається при різкому скиданні навантаження в системі електропостачання - ситуація аварійна і дію ГОСТ 13109-97 на неї не поширюється, а в сталому режимі роботи мережі така подія вельми рідкісне.

Жорсткі вимоги стандарту до відхилень частоти напруги живлення обумовлені значним впливом частоти на режими роботи електрообладнання, хід технологічних процесів виробництва і, як наслідок, техніко-економічні показники роботи промислових підприємств.

Електромагнітна складова збитку обумовлена ​​збільшенням втрат активної потужності в електричних мережах і зростанням споживання активної та реактивної потужностей. Відомо, що зниження частоти на 1% збільшує втрати в електричних мережах на 2%.

Технологічна складова збитків спричинені в основному недовипуска промисловими підприємствами своєї продукції і вартістю додаткового часу роботи підприємства для виконання завдання. Згідно з експертними оцінками, значення технологічного збитку на порядок вище електромагнітного.

Аналіз роботи підприємств з безперервним циклом виробництва показав, що більшість основних технологічних ліній обладнано механізмами з постійним і вентиляторним моментами опорів, а їх приводами служать асинхронні двигуни. Частота обертання роторів двигунів пропорційна зміні частоти мережі, а продуктивність технологічних ліній залежить від частоти обертання двигуна.

5. Вплив відхилення частоти на роботу електрообладнання

5. Вплив відхилення частоти на роботу електрообладнання

Ступінь впливу частоти на продуктивність ряду механізмів може бути виражена через споживану ними активну потужність:

де a - коефіцієнт пропорційності, що залежить від типу механізму;

f - частота мережі;

n - показник ступеня.

Залежно від значень показника ступеня n, ЕП можна розбити на наступні групи:

1) механізми з постійним моментом опору - поршневі насоси, компресори, металорізальні верстати та ін .; для них n = 1;

2) механізми з вентиляторним моментом опору - відцентрові насоси, вентилятори, димососи та ін .; для них n = 3; на ТЕС, КЕС, АЕС зазвичай це двигуни насосів живильної води, циркуляційних насосів, димових вентиляторів, маслонасосів і т.д .;

3) механізми, для яких n = 3,5-4 - відцентрові насоси, що працюють з великим статичним напором (протитиском), наприклад, живильні насоси котелень.

ЕП 2-й і 3-ї груп, найбільш схильних до впливу частоти, мають регулювальні можливості, завдяки яким споживана ними потужність з мережі залишається практично незмінною.

Найбільш чутливі до зниження частоти двигуни власних потреб електростанцій. Зниження частоти призводить до зменшення їх продуктивності, що супроводжується зниженням потужності генераторів і подальшим дефіцитом активної потужності і зниженням частоти (має місце лавина частоти).

Такі ЕП, як лампи розжарювання, печі опору, дугові електричні печі на зміну частоти практично не реагують.

Відхилення частоти негативно впливають на роботу електронної техніки: відхилення частоти більш +0,1 Гц призводить до зміни яскравості і геометричних фонових спотворень телевізійного зображення, зміни частоти від 49,9 до 49,5 Гц тягне за собою майже чотириразове збільшення допустимого розмаху телевізійного сигналу до фонової завади. Зміна частоти до 49,5Гц потребує суттєвого посилення вимог до відношення сигнал / фонова перешкода у всіх ланках телевізійного тракту - від обладнання апаратно-студійного комплексу до телевізійного приймача, виконання яких пов'язане зі значними матеріальними витратами.

Крім цього, знижена частота в електричній мережі впливає і на термін служби обладнання, що містить елементи із сталлю (електродвигуни, трансформатори, реактори зі сталевим магнітопроводом), за рахунок збільшення струму намагнічування в таких апаратах і додаткового нагріву сталевих сердечників.

6. Способи зниження відхилення частоти

6. Способи зниження відхилення частоти

Для запобігання загальносистемних аварій, викликаних зниженням частоти, передбачаються спеціальні пристрої автоматичного частотного розвантаження (АЧР), що відключають частину менш відповідальних споживачів. Після ліквідації дефіциту потужності, наприклад, після включення резервних джерел, спеціальні пристрої частотного автоматичного повторного включення (ЧАПВ) включають відключених споживачів і нормальна робота системи відновлюється.

Підтримка нормальної частоти, що відповідає вимогам стандарту, є технічною, а не науковою задачею, основний шлях вирішення якої - введення генеруючих потужностей з метою створення резервів потужності в мережах енергопостачальних організацій.